Rapport du jury Concours : Agrégation Interne Section : Physique Chimie Session 2020

Rapport du jury

Concours : Agrégation Interne

Section : Physique Chimie

Session 2020

Rapport de jury présenté par : Marie HOUSSIN, Présidente du jury

RAPPORT DU JURY DES CONCOURS DE L’AGRÉGATION INTERNE ET D’ACCÈS à l’ECHELLE de RÉMUNÉRATION DES PROFESSEURS

AGRÉGÉS (CAERPA) DE PHYSIQUE - CHIMIE

SESSION 2020

1. Avant-propos du président ... 3

2. Informations statistiques ... 5

3. Épreuves écrites, questions disciplinaires et pédagogiques : attentes et évaluations ... 8

3.1. Rapport relatif à la composition de physique ... 9

3.2. Rapport relatif à la composition de chimie ... 13

4. Épreuves et programmes 2021 ... 19

5. Annexes ... 24

5.1. Proposition de solution de la composition de physique 2020... 24

5.2. Proposition de solution de la composition de chimie 2020 ... 24

1. Avant-propos du président

Le rapport du jury de la session 2020 du concours de l’agrégation interne de physique-chimie et du concours d’accès à l’échelle de rémunération des professeurs agrégés (CAERPA) de physique- chimie est disponible sous forme numérique sur le site du ministère de l’Éducation nationale à l’adresse :

La situation sanitaire liée au Covid-19 a fortement perturbé l'organisation du concours dont les épreuves orales initialement prévues du 5 au 13 avril 2020 ont été annulées. Les épreuves écrites ont eu lieu les 30 et 31 janvier 2020 et conformément à l’arrêté du 10 juin 2020 portant adaptation des épreuves de certaines sections du concours interne, c’est sur la base des résultats à ces épreuves écrites que les 45 postes offerts pour l’agrégation interne et les 12 postes offerts pour le concours d’accès à l’échelle de rémunération des professeurs agrégés (CAERPA) ont été pourvus maintenant une sélectivité très forte des deux concours.

Une liste complémentaire de 28 candidats pour l'agrégation interne et de 4 candidats pour le CAERPA a été établie.

En plus de quelques données statistiques, ce présent rapport, dont l'objectif est de permettre aux nouveaux candidats de se préparer efficacement aux épreuves des sessions à venir, se concentre, en l'absence d'oraux, sur les rapports d'écrits des deux épreuves de chimie et physique, donne des propositions de solutions et présente le programme de la session 2021 à associer, pour la préparation aux épreuves orales, à une lecture du rapport de la session 2019.

Les épreuves écrites permettent en premier lieu d’apprécier le degré de maîtrise scientifique de la discipline physique-chimie à un niveau post-baccalauréat, la capacité à poser clairement les problèmes et à les résoudre avec des outils mathématiques maîtrisés, ainsi que la culture scientifique du candidat. Le niveau post-baccalauréat des sujets est en accord avec l’accès au corps des agrégés pour les professeurs exerçant dans l’enseignement public ou à l’échelle de rémunération des professeurs agrégés pour ceux qui relèvent de l’enseignement privé sous contrat.

Un travail scientifique spécifique en physique et en chimie ainsi que sur les outils mathématiques associés est donc indispensable pour réussir le concours.

Les épreuves écrites sont aussi conçues pour permettre aux candidats de faire la preuve de leur expertise professionnelle acquise, d’une part, au cours de leur pratique quotidienne et, d’autre part, lors des différentes formations proposées par exemple dans le cadre des plans académiques de formation. En effet, il est indispensable que les professeurs confortent leur expertise en matière d’analyse de leur pratique professionnelle sur les plans pédagogique et didactique. Ces compétences sont évaluées à l'aide de questions dites "pédagogiques" qui comptent pour environ 20 % des points attribuables.

Lors de cette session, les correcteurs ont pu apprécier d'excellentes copies attestant de connaissances solides et d'un réel recul sur la discipline et son enseignement.

Concernant la session 2021, le programme est un peu différent du programme de celle de 2020. Il

s'appuie notamment sur les nouveaux programmes de lycée des classes de terminale générale et

technologiques détaillés dans le BO spécial n°8 du 25 juillet 2019.

Par ailleurs, à l'oral, la répartition du temps dédié aux différentes parties de l'épreuve d'exposé, consistant en une présentation d'un concept et son exploitation pédagogique, évolue. En effet, afin de donner à la présentation du concept proposé une dimension didactique, de donner au candidat plus de temps pour attester de sa maîtrise disciplinaire et de l'inciter à apporter une meilleure cohérence entre les parties pédagogiques au niveau collège-lycée et la partie développement au niveau post-bac du concept proposé, les deux parties de l'exposé, d’importance équivalente, deviennent :

- une partie relative au concept scientifique du sujet proposé incluant un développement pédagogique et didactique ;

- une partie développée à un niveau post-baccalauréat relative au concept.

Lors de cette session 2020, l’ensemble des postes mis au concours a été pourvu et le jury tient à

féliciter les lauréats. Le jury espère vivement que la session 2021 se déroulera sereinement,

permettant de rendre aux épreuves orales leur place essentielle dans l'évaluation des compétences

pédagogiques et didactiques des candidats, la précision, la rigueur et la qualité de l'expression orale

étant au cœur du métier d'enseignant.

2. Informations statistiques

Au titre de la session 2020, 45 places ont été mises au concours de l’agrégation interne de physique-chimie, et 12 au CAERPA de physique-chimie.

Les tableaux ci-dessous donnent les informations générales relatives aux candidats du concours 2020 et les comparent aux données correspondantes des dix dernières sessions.

Agrégation interne

2.1.1.1.1.1.1.1.1.

Année Postes Inscrits Présents Taux de

présence Admissibles Admis

2011 35 1685 895 53,1% 71 35

2012 35 1546 975 63,1% 72 35

2013 40 1407 886 63,0% 83 40

2014 35 1472 983 66,8% 78 35

2015 40 1442 946 65,6% 93 40

2016 42 1481 979 66,1% 91 42

2017 44 1424 943 66,2% 90 44

2018 44 1377 880 63,9% 90 44

2019 42 1356 876 64,6% 93 42

2020 45 1149 775 67,4% - 45

CAERPA

2.1.1.1.1.1.1.1.2.

Année Postes Inscrits Présents Taux de

présence Admissibles Admis

2011 8 365 175 47,7% 13 8

2012 9 269 178 66,2% 12 7

2013 11 272 180 66,2% 13 9

2014 12 289 184 63,7% 18 12

2015 18 269 174 64,7% 15 8

2016 11 279 184 65,9% 17 8

2017 10 279 175 62,7% 18 10

2018 11 271 169 62,4% 18 9

2019 12 280 179 63,9% 14 6

2020 12 256 149 58,2% - 12

Épreuves écrites

Ce tableau présente les moyennes et les écarts-types des notes des candidats présents ainsi que les barres d'admission et de la liste complémentaire pour chacun des concours, agrégation interne et CAERPA.

Agrégation

interne CAERPA

Composition sur la physique (/20) : Moyenne

Écart-type Note maximale

8,81 3,58 18,8

8,32 3,42 16,1

Composition sur la chimie (/20) : Moyenne

Écart-type Note maximale

8,97 3,89 20

9,29 4,17 18,8

Barre d’admission (/40) Nombre d’admis

27,9 45

27,8 12 Barre de la liste complémentaire (/40)

Nombre de candidats en liste complémentaire

26,8 28

26,8 4

Sur l'ensemble des 2 concours, le pourcentage de femmes présentes aux épreuves écrites est de 37 % et de femmes admises de 40 %.

L'âge moyen des candidats reçus l’agrégation interne et au CAERPA est de 42 ans.

Pour ces deux concours, l'âge des candidats admis s'échelonne de 31 à 52 ans.

En plus d'enseignants certifiés exerçant dans l’enseignement secondaire, sont reçus à l'agrégation

interne en 2020, un professeur agrégé d'une autre discipline, deux professeurs de lycée

professionnel, un professeur certifié détaché dans l’enseignement supérieur et un personnel

enseignant titulaire de la fonction publique.

Les notes des compositions de physique et de chimie des deux concours « agrégation interne »

et CAERPA confondus se répartissent selon les deux graphiques suivants :

3. Épreuves écrites, questions disciplinaires et pédagogiques : attentes et évaluations

Les attentes

Un professeur de physique-chimie agrégé ou promu à l’échelle de rémunération des professeurs agrégés doit maîtriser sa discipline à un niveau post-baccalauréat. L’ensemble des questions permet d’évaluer le niveau d’appropriation des concepts de la discipline, la capacité à modéliser et mettre en équation les phénomènes physiques ou chimiques étudiés, la maîtrise des outils mathématiques ou numériques nécessaires, la compréhension qualitative des phénomènes, leur contexte historique et la connaissance des ordres de grandeur. Au moins une question concerne la connaissance du langage Python : lecture, modification ou correction d'un petit programme.

Le concours s’adressant à des professeurs en exercice au collège et au lycée, des questions pédagogiques, s’articulant avec les questions relevant de la physique ou de la chimie, permettent de mettre en évidence les liens entre les notions de science abordées et l’enseignement de ces notions. Les questions pédagogiques portent sur l’ensemble des programmes d’enseignement concernés par la composition et comptent pour typiquement 20 % du barème.

Concernant les questions pédagogiques, un corpus de documents supports ou de bibliographie est en général fourni en annexe du sujet, ainsi que des extraits de programmes officiels. Cependant, on attend d’un professeur candidat au concours de l’agrégation interne qu’il connaisse suffisamment les objectifs des programmes tant sur le plan des concepts étudiés que des compétences à développer chez les élèves, des modalités pédagogiques et des enjeux didactiques de l’enseignement de la physique et de la chimie.

La préparation du candidat à ce type de question relève de l’exercice de sa pratique quotidienne d’enseignant et de son travail personnel d’analyse de pratique.

L’évaluation

La justesse, la clarté, la concision, la qualité de l’argumentation et la rigueur scientifique des réponses sont évaluées.

Pour les questions pédagogiques, selon leur nature, sont évalués entre autres : - la qualité scientifique de la réponse ;

- la concision et la pertinence de la réponse ;

- l’adéquation de la proposition avec les objectifs des programmes concernés ; - la capacité à identifier les compétences mobilisées par les élèves dans une activité ;

- le réalisme de la proposition en termes de scénario pédagogique et de mise en œuvre en classe au niveau concerné ;

- la capacité d’analyse des objectifs d’apprentissage d’une activité ; - la capacité d’analyse des difficultés présentes dans une activité ;

- la capacité d’évaluation d’une production d’élève (y compris l’usage rigoureux de la langue française et des langages scientifiques) ;

- la bonne articulation entre notion(s) scientifique(s) concernée(s) et proposition pédagogique ; - l’esprit critique, la finesse de l’analyse ainsi que l’efficacité et la qualité de l’argumentation.

3.1. Rapport relatif à la composition de physique

Commentaires généraux.

Le sujet porte sur différentes méthodes de réalisation d’images notamment dans le domaine médical. Il permet d’aborder divers domaines de la physique : optique, ondes acoustiques, radioactivité, numérisation de signaux.

Sur l'ensemble des copies, toutes les questions sont abordées. Cependant, la première partie est la plus largement traitée. Le jury souligne l’existence de plusieurs très bonnes copies rédigées avec concision et rigueur. Des réponses courtes, réfléchies, structurées appuyées sur des schémas témoignent de véritables qualités scientifiques et pédagogiques.

Concernant les questions de nature pédagogique (QP), elles sont généralement rédigées avec un effort de concision. Cependant, certains candidats proposent des réponses sous forme d'un long texte sans paragraphe, où les arguments sont mélangés et répétés ; ceci atteste d’un manque d'organisation et conduit à une note faible pour ces questions. L'un des attendus pour ces questions est un ancrage dans la pratique professionnelle habituelle d’un professeur de physique-chimie. Par exemple, pour la QP3 dans laquelle une remédiation était demandée, une réponse concrète et une mise en situation sont attendus et non de simples banalités qui ne témoignent pas d’une réelle expertise pédagogique.

Du point de vue disciplinaire, de nombreuses copies sont rendues sans traitement des questions d'un niveau post-bac alors que les lauréats du concours de l’agrégation interne doivent attester d’un haut niveau scientifique. Le jury note aussi trop souvent un manque de culture générale scientifique ce qui induit un recul insuffisant sur les résultats trouvés. Par exemple, certains candidats obtiennent une valeur de la vitesse de l’électron supérieure à celle de la vitesse de la lumière et consignent ce résultat sans commentaire. Un résultat aberrant doit être commenté surtout si le candidat ne trouve pas la source de son erreur. Enfin, le jury attend d'un candidat qu'il fasse preuve d’honnêteté scientifique et qu'il ne cherche pas à dissimuler des erreurs pour retrouver un résultat donné dans l’énoncé.

Notons par ailleurs que l’outil mathématique est souvent mal maîtrisé que ce soit lors de la modélisation d’un système physique ou dans la conduite des calculs. Dans plusieurs copies, toutes les questions nécessitant un minimum de calculs sont systématiquement non traitées ou mal traitées. Cela a été particulièrement flagrant pour les questions utilisant le modèle de la goutte liquide de Bethe-Weizsäcker. La physique n’est pas seulement descriptive mais aussi prédictive, il faut donc maîtriser a minima l’outil mathématique. Certaines questions demandent des interprétations ou des commentaires. Dans ce cas, des comparaisons numériques valent souvent mieux que des comparaisons qualitatives hasardeuses. Le jury invite enfin les candidats à proposer davantage de schémas pour étayer leurs réponses, les rendre plus claires et plus précises.

Commentaires par question.

La première partie porte essentiellement sur l’optique géométrique. Elle est abordée par l’ensemble des candidats. Le jury tient à attirer l’attention sur certains points :

 des calculs d'optique géométrique menés sans construction géométrique sont souvent erronés ;

 un seul rayon lumineux ne permet pas de construire l'image d'un objet à travers un système optique ;

 les tracés au crayon papier manquent de contraste et sont parfois difficilement visibles.

QP1 : Certains candidats confondent prérequis ou « connaissances initialement acquises » et conceptions initiales. Le jury note que fermer les yeux et ne plus voir d'image ne permet pas de démonter la fausse conception suivant laquelle l'œil émet de la lumière pour voir. La déconstruction d’une conception initiale

erronée ne peut se résumer à un argument d’autorité : « La théorie dit que ». Elle doit être fondée sur la mise en place d'expériences, une approche épistémologique ou historique.

QP2 : En masquant la moitié d’une lentille, on n'observe pas la disparition de la moitié de l’image : c’est justement une conception présente chez la plupart des élèves qu'il faut déconstruire. La notion d’image réelle et d’image virtuelle pose problème à certains candidats. La définition attendue est de nature physique et non géométrique (à gauche ou à droite de la lentille !). Une approche expérimentale, un dessin soigneux sont à privilégier par rapport à de simples arguments d’autorité. Dans plusieurs copies, le sens de la question de ce qu’on observe avec son œil lorsqu'on retire le cache et l’écran n’est pas compris. Le jury rappelle qu’il est possible de voir des images réelles avec l’œil et sans écran. Pour cela, il ne faut pas mettre son œil à l’endroit où se trouvait l’écran auparavant. À cet endroit, il est garanti de ne pas la voir.

QP3 : La notion d’implicite échappe à certains candidats. La sémiologie, la modulation des registres de langage sont importants dans la transmission des connaissances. Des phrases malheureuses en début de séance induisent souvent de lourdes incompréhensions chez les élèves. La solution à un problème de rédaction n'est pas de le contourner en évitant de rédiger des phrases ou en se défaussant sur le collègue de français. Pour une bonne remédiation, la correction de la langue et des reformulations plus simples jusqu’à aboutir à la formulation scientifique sont à privilégier. Cela permet d'expliquer les différences entre le langage scientifique et le vocabulaire usuel de la conversation courante.

Q4 : Le modèle de l’œil réduit comporte trois éléments : le diaphragme, souvent oublié dans les copies, la lentille convergente et l’écran.

Q5 : Des candidats semblent ignorer qu’un objet à l’infini est un objet situé à une distance grande devant la distance focale de la lentille. Son image se forme donc dans le plan focal image de la lentille.

Q6 : L’algébrisation des relations de conjugaison semble poser problème à certains candidats.

QP7 : La multiplication de schémas clairs permet de bien argumenter la réponse. Le caractère virtuel du Punctum Remotum (PR) est ignoré par de nombreux candidats.

Q8-9-10 : Ces questions sont traitées par un grand nombre de candidats. Pour la question 8, de nombreuses copies indiquent le bon résultat algébrique, mais sur la base d’un raisonnement faux : le schéma fait souvent intervenir un objet étendu, alors qu’on demandait de représenter les rayons issus d’un objet ponctuel à la distance L de l’œil. Pour ces questions, des constructions insuffisamment réfléchies conduisent à des calculs inextricables et ne permettent pas de conclure. De plus, un commentaire ne saurait se résumer à une paraphrase du calcul.

Q11 : Il y a souvent confusion entre sources cohérentes et sources en phase.

Q12 : La définition de la diffraction est rarement isolée des conditions de son observation qui sont souvent mal comprises. Pour trop de candidats, la taille de l'ouverture diffractante doit être petite devant la longueur d'onde ou du même ordre de grandeur pour observer de la diffraction. Or dès lors qu'il y a une ouverture, la diffraction est présente.

Q13 : Le jury rappelle que plusieurs sous-questions dans une même question sont liées. L’expression de « x » est utile pour déterminer l’ordre de grandeur du rayon de la tache de diffraction et conclure.

Q14 : Quelques candidats connaissent mal les conditions de l’approximation de Gauss alors qu’il s’agit d’une connaissance de base d’optique géométrique.

Q16 : Le soin apporté à la construction est valorisé. Un microscope n’est pas fait pour observer un objet à l’infini.

Q17 : Une schématisation des deux situations d’observation (à l’œil nu et avec la lentille) permet de répondre à cette question.

Q19 : Souvent, le grossissement commercial est donné sans justification.

Q20 : La question est souvent mal traitée. Quelques connaissances élémentaires sur la qualité des objectifs d’un microscope sont bienvenues. L’utilisation d’un diaphragme est insuffisante dans ce cas.

Q22 : Il est insuffisant de dire que le microscope sert à voir des objets trop petits pour être observés à l'œil nu, sans éléments quantitatifs.

Q23 : La microscopie par immersion est trop peu connue.

Q24 : L’utilisation de la seconde loi de Newton est parfois maladroite. Un raisonnement énergétique s’impose.

Certains candidats obtiennent une vitesse de l’électron supérieure à la vitesse de la lumière et écrivent ce résultat sans commentaire.

Q25 : Une comparaison suppose un élément de comparaison. Il est par exemple improbable que la résolution du microscope optique soit supérieure à celle du microscope électronique.

La seconde partie a pour thème l’échographie. Elle est abordée par une grande majorité des candidats.

Q26 : Certains candidats pensent aux contraintes de cisaillement par viscosité.

Q27 : Cette question est très mal traitée. Certains candidats confondent les termes isentropique et isotrope.

Le jury attend une comparaison entre deux durées.

Q28 : Cette question est bien traitée. Davantage de rigueur mathématique est attendue à ce niveau de concours. Le jury note une confusion entre dérivée partielle et différentielle.

Q29 : Les ordres de grandeur sont à connaître.

Q30 : Une dérivée logarithmique s’impose. L’ordre de grandeur doit être connu.

Q31 : Des erreurs sur la valeur de la vitesse conduisent à des longueurs d'onde fausses.

Q32 : Cette question est bien traitée. En notation complexe, le résultat est immédiat.

Q33 : Certains candidats choisissent mal dans le tableau les impédances des milieux. Les arguments sont souvent confus. On attend le terme d’adaptation d’impédance pour l’utilisation du gel échographique. La partie

"échographie du cerveau" n'est quasiment jamais réussie.

Q34 : La piézoélectricité est assez mal connue et les frères Curie sont rarement cités.

Q36/37 : Le retard est un décalage temporel, pas un temps d'arrivée. Le théorème de Pythagore doit intervenir.

QP40 : Les réponses données aux étudiants doivent être rédigées dans un français précis et utiliser des termes scientifiques appropriés. Pour expliciter les étapes de la démarche de résolution, plutôt que de décomposer le problème, plusieurs candidats utilisent la moyenne arithmétique des vitesses ou choisissent uniquement la vitesse dans l’humeur vitrée. Cette méthode aboutit à un résultat proche de celui obtenu en

décomposant le problème comme attendu, mais ne peut être considérée comme correcte vu le contexte et la question précédente.

Q41/42 : De nombreux candidats donnent le résultat de mémoire, sans démonstration. L’effet Doppler peut être facilement traité en écrivant les lois horaires de l’émetteur, du récepteur et des bips émis. C’est la méthode la plus efficace. L’utilisation de lois de composition vitesse/célérité donne des résultats erronés.

Q44 : Cette question est peu traitée alors qu’il suffit de multiplier les deux signaux et d’interpréter le résultat.

Q45 : Un filtre du premier ordre a deux paramètres : son atténuation en basse fréquence et sa bande passante.

La troisième partie, sur la tomographie par émission de positons est peu abordée par les candidats.

Q47 : Les réponses sont souvent incomplètes. Le mot antiparticule est attendu.

Q49/50 : Le modèle de la goutte liquide de Bethe-Weizsäcker pose beaucoup de problèmes techniques aux candidats. Les réponses sont floues ou approximatives.

Q51 : Le neutrino et l’anti-neutrino, cruciaux pour l’interprétation du spectre énergétique continu des désintégrations de type β, ne semblent pas connus de la majorité des candidats.

Q52/53/54 : La méthode de détermination de la position du point émetteur est différente de la triangulation, les photons étant émis dans la même direction, en sens contraires.

La dernière partie est abordée par une majorité de candidats.

Q55 : Cette question est plutôt bien traitée. Comme pour les questions Q11, Q12 et Q34, certains candidats ont des difficultés à donner une définition claire d’un phénomène physique.

Q56 : Les connaissances élémentaires sur les semi-conducteurs sont rarement maîtrisées.

Q57 : Les réponses sont souvent peu justifiées. Les calculs réalisés ne sont pas expliqués.

Q59/60/61 : La lecture de la figure de diffraction pose problème. Les questions sont peu abordées alors qu'il s'agit d'un travail qui peut être réalisé dans le secondaire.

Q62/63/64 : Ces questions sont bien traitées par quelques candidats. Le programme Python est ignoré par la quasi-totalité des candidats. Trop peu de candidats se préparent à la partie informatique du concours qui fait pourtant partie des compétences exigibles et qui est désormais inscrite dans les programmes du lycée.

3.2. Rapport relatif à la composition de chimie

Commentaires généraux

Le sujet porte sur l’étude de « l’utilisation et la valorisation des ressources aquatiques ». En effet, en ces temps d’évolution des modes de consommation et de production veillant à préserver la planète, les océans et les mers peuvent présenter une alternative pour produire des ressources alimentaires, énergétiques et médicales tout en offrant une approche respectueuse de l’environnement. Ce sujet aborde différents domaines de la chimie, couvrant des notions de chimie organique (stéréochimie, chiralité, écriture de mécanismes réactionnels et exploitation d’effets électroniques), de chimie des solutions (oxydo-réduction, réactions acido-basiques, de précipitation et de complexation), de cristallographie, de thermochimie ainsi que de spectroscopies RMN, IR ou encore UV-Visible.

Ce sujet comporte cinq parties distinctes. La première étudie l’utilisation des algues comme la spiruline en complément alimentaire et les alginates dans la cuisine moléculaire. La deuxième partie aborde la production d’eau de Javel pour lutter contre les bio-salissures. La troisième partie décrit comment le lithium présent dans les saumures peut être valorisé comme purificateur d’air dans les sous-marins. Quant à la quatrième partie, elle présente la valorisation d’un déchet conchylicole. Enfin, la cinquième partie est la synthèse organique d’un métabolite marin antipaludique. Quatre questions pédagogiques (QP6, QP13, QP16, QP23) nécessitant des développements substantiels complètent les questions disciplinaires. Sur l'ensemble des copies, presque toutes les questions sont abordées. Le rapport met l'accent sur les erreurs commises ou les points perfectibles. Concernant la forme, les copies sont dans l’ensemble bien présentées à l’exception de quelques- unes peu soignées dans lesquelles l’écriture est illisible. Il convient de soigner la rédaction de toutes les questions, qu’elles soient pédagogiques ou disciplinaires : des réponses concises, précises et argumentées sont souhaitées. En effet, beaucoup de candidats ne parviennent pas à rédiger de façon synthétique et proposent des réponses trop longues ou se perdent dans des considérations inutiles. Du point de vue scientifique, le jury attend des candidats à l'agrégation qu'ils disposent également d’une culture approfondie et qu’ils soient en capacité de mener des calculs avec rigueur, en établissant d’abord une expression littérale complète puis en procédant aux éventuelles applications numériques. Concernant ces dernières, une réflexion sur le nombre de chiffres significatifs est indispensable avant l’écriture du résultat final, accompagnée des unités adéquates ainsi que la rédaction, le cas échéant, d’un commentaire sur la pertinence de la valeur obtenue. Le jury tient à souligner la grande qualité de certaines copies qui révèlent une préparation sérieuse et de réelles compétences scientifiques.

Remarques ponctuelles

Q1. Les conditions d'applications de la loi de Beer-Lambert sont souvent limitées à la concentration alors qu'il faudrait donner les limites de l'appareil sur l'absorbance. Les autres conditions (pas de fluorescence, absence de précipité, rayonnement monochromatique) ne sont que très rarement évoquées. Le choix de la longueur d'onde de travail et le mode opératoire sont le plus souvent correctement décrits mais beaucoup de candidats oublient d’expliquer « le blanc » ou utilisent un vocabulaire imprécis.

Q2. Le calcul du pH n’est pas souvent mené correctement, et rarement à son terme. La majorité des candidats oublie l’une ou l’autre des deux dilutions et le pourcentage de pureté de la solution d’acide chlorhydrique. Dans certains cas, la masse volumique de la solution n’est pas prise en compte. Cela conduit à une détermination approximative du pH. La condition de non précipitation est vérifiée par différentes méthodes : comparaison du quotient de réaction et de la constante d’équilibre ou recherche du pH limite de précipitation après calcul de la concentration en ions Fe(III) libres.

Q3. Très peu de déterminations correctes sont proposées. Même si le principe est compris, le bilan de matière de la complexation est souvent erroné. Il est en particulier établi en quantités de matière qui reportées dans l’expression de la constante d’équilibre conduisent à une valeur incorrecte. La pile de concentration est rarement bien traitée. Certains candidats rencontrent des difficultés dans l’écriture du potentiel et confondent les potentiels d’électrodes avec les potentiels standard. D’autres, après avoir correctement écrit l’expression de la force électromotrice de la pile, confondent les concentrations en ions Fe(III) dans les compartiments 1 et 2 et proposent une expression erronée de la constante d’équilibre K.

Q4. De nombreux candidats ont bien compris que le ligand devait être en excès pour déplacer l’équilibre mais ne s’appuient que rarement sur des calculs précis de quantité de matière ou de concentration dans les tubes à essais. Encore une fois, la dilution est rarement prise en compte, lorsqu’un calcul est proposé.

Q5. L’analyse est souvent correcte même si parfois imprécise. La courbe est souvent décrite mais en employant un vocabulaire approximatif : « la courbe stagne » ou « on note un maximum », par exemple ; c’est la première partie de la réponse attendue, il fallait aussi l’analyser.

QP6. Les réponses sont le plus souvent évasives. Les points du programme doivent être clairement indiqués.

Les candidats ont souvent proposé un protocole mais sans forcément le justifier en s’appuyant sur les objectifs du programme ainsi que sur leurs aspects pédagogiques. Les aspects pratiques liés à la séance sont rarement évoqués (contexte, matériel, travail en groupe ou non, documents fournis, trace écrite ou non).

Souvent, les initiatives laissées aux élèves se limitent à trouver les volumes pour la dilution, ou alors lorsqu’ils sont fournis, à trouver comment en déduire la concentration. La capacité numérique n’est pas toujours suffisamment explicitée et les incertitudes sont très rarement abordées. Les candidats ne s’appuient pas assez sur les capacités du programme à travailler pour décrire l’activité à mener avec les élèves. Souvent, les réponses consistent en des descriptions des phases menées par les élèves sans réelles réflexions pédagogiques et didactiques. La problématisation de l’activité n’est pas mentionnée, les prérequis non plus ou alors très rarement. La description précise des tâches accomplies par les élèves, leurs liens et les productions qui leur sont demandées sont aussi trop peu décrits. D’une manière générale, la part d’initiative laissée aux élèves n’est pas envisagée ni décrite de façon réaliste par des dispositifs d’aides et d’encadrement de l’activité pertinents.

Q7. Peu de bonnes réponses, car il y a confusion avec le pouvoir rotatoire. Beaucoup de candidats pensent que le D-mannose est dextrogyre.

Q8. L’hémiacétalisation n’est quasiment jamais identifiée. Les candidats évoquent des cyclisations, des aldolisations, des acétalisations. La stabilité de la forme alpha en contradiction avec les situations classiques des substituants en positions équatoriales sème le trouble. Les candidats, parfois déroutés, avancent des arguments qui ne sont pas valables mais ne citent quasiment jamais l’effet anomère.

Q9. Les deux conformations chaises sont rarement bien représentées notamment concernant la représentation des liaisons équatoriales. La relation de stéréochimie entre le D-mannuronique et le L- guluronique est souvent fausse ou alors très mal justifiée.

Q10. La définition du copolymère est très peu connue. Quasiment aucun candidat n’identifie les deux enchaînements.

Q11. Si beaucoup de candidats savent que la stabilisation d’une base augmente l’acidité de son acide, peu trouvent l’atome d’hydrogène à caractère acide et les formes limites de résonance de la base. La structure de la base conjuguée de la vitamine C est souvent erronée : certains candidats déprotonent l’un des atomes de carbone ou l’atome d’oxygène d’un des deux autres groupes hydroxyle, et cherchent à écrire des formes limites de résonance qui se révèlent très souvent impropres.

Q12. Les calculs des masses sont le plus souvent bien menés mais les chiffres significatifs parfois peu cohérents. Certains candidats ne lisent pas la définition de la teneur et donnent le résultat en g/L. Les erreurs sont souvent dues à des approximations mal effectuées. L’effet des billes d’alginate est bien identifié.

QP13. Il fallait présenter la question sous la forme d’un tableau, consigne qui a parfois été oubliée. Les protocoles sont parfois inadaptés au programme. Dans de trop nombreuses copies, on constate que la phrase

« mesurer des masses pour étudier la variabilité du volume mesuré par une pièce de verrerie » est mal comprise. De nombreux candidats ne proposent pas d’étude statistique des mesures effectuées alors qu’il s’agit d’une activité explicitement au programme, tout comme l’utilisation du tableur ou l’incertitude-type.

Beaucoup de candidats proposent de mener un travail avec la solution de chlorure de sodium (NaCl) fabriquée en introduisant la masse de sel avant le volume d’eau pour lequel on évalue l’incertitude. Connaître le volume versé par une mesure de masse est alors impossible puisque l’on ne connaît pas précisément la masse volumique de la solution, qui dépend du volume versé. La pertinence scientifique de l’étude est alors nécessairement discutable. Nous constatons que la définition des objectifs pédagogiques de chacune des étapes de la séance est trop souvent insuffisamment énoncée.

Q14. L’équation de la réaction est le plus souvent bien écrite et le calcul de la concentration bien mené.

L’étude statistique est souvent bien réussie, mais peu de candidats aboutissent sans encombre au résultat final, en tenant compte de la dilution de la solution initiale. Le calcul de l’incertitude-type est souvent donné avec plusieurs chiffres significatifs.

Q15. Le rôle du chromate est connu mais ne s’appuie que rarement sur des calculs de solubilité corrects. La solubilité des précipités ne peut pas s’interpréter par une simple comparaison des produits de solubilité compte-tenu de la stœchiométrie des ions Ag⁺(aq).

QP16. Il fallait présenter la question sous la forme d’un tableau. Les éléments de réponse sont précisés de façon assez satisfaisante excepté dans les cas de lecture trop rapide de l’énoncé. Un nombre non négligeable de candidats n’a pas compris la formulation « niveau de réussite » et a compris « difficulté des questions ».

Lorsque la problématique est correctement interprétée, la différentiation des niveaux de réussite est souvent peu précise, parfois peu pertinente. De nombreux critères de réussites sont souvent oubliés dans la présentation des descripteurs et parfois le critère de niveau 4 est au-delà des attendus (par exemple, faire un rapport des énergies dans la question 3 ou une conversion en h, min, s dans la question 2c alors que la consigne de la question ne le demande pas).

Q17. Beaucoup de candidats donnent la structure de Lewis de l’anion ClO^- en cherchant l’angle entre deux atomes. Il manque parfois des doublets non liants sur la structure de la molécule HClO. La valeur de l’angle est parfois incorrecte ou alors maladroitement justifiée. Certains comparent l’angle fourni à 120° au lieu de 109,47°. Les candidats évoquent la présence de doublets non liants pour expliquer l’angle de 102° mais commettent des erreurs ou des imprécisions en justifiant par l’interaction des doublets non liants de l’atome d’oxygène avec ceux de l’atome de chlore ou en développant uniquement les arguments qui expliquent une entité coudée.

Q18. Il manque parfois des réactions en particulier l’oxydation ou la réduction du solvant. Certains évoquent la réduction du dioxygène.

Q19. La prise en compte de l’aspect thermodynamique uniquement pose des problèmes à de nombreux candidats. Peu évoquent l’électrolyse de l’eau et cherchent à faire intervenir le couple du chlore. Ces difficultés montrent une certaine méconnaissance des différences entre les raisonnements thermodynamiques et cinétiques associées aux processus aux électrodes.

Q20. Le gaz est bien identifié mais les courbes courant-potentiel ne sont pas souvent bien tracées. Il ne fallait pas oublier la surtension anodique. Certains candidats placent l’oxydation dans la zone des valeurs d’intensité négative et la réduction dans la zone des valeurs d’intensité positive.

Q21. Si l’équation est souvent trouvée, la réponse est rarement justifiée à l’aide de la composition de l’eau de Javel.

Q22. Lorsqu’il est commencé, le calcul est souvent bien conduit malgré des erreurs de conversion dans l’équation des gaz parfaits et des oublis sur le coefficient stœchiométrique. La différence entre quantité d’électrons échangés et quantité de matière de dihydrogène recueilli est parfois mal exploitée. Certains candidats ont mené des raisonnements énergétiques.

QP23. Cette question a souvent été mal traitée car le programme n’est pas connu de manière assez approfondie par beaucoup de candidats. Rares sont ceux qui ont compris le but de cette question. Afin d’aborder « l’évolution des quantités de matière lors d’une transformation », l’évaluation diagnostique attendue est une évaluation avec des questions simples et rapides sur les attendus du programme de seconde. Il n’était donc pas attendu une réalisation d’un tableau d’avancement qui – justement – est abordée en classe de 1^ère (voir les extraits de programmes) à l’issue de la séance concernée, ainsi que les réactions d’oxydo-réduction (voir extraits également). Quant à ceux qui proposent de comprendre les nombres stœchiométriques avec des vélos, des sandwichs ou des porte-documents, ils se placent dans le cadre de l’apprentissage des nombres stœchiométriques et pas sur l’évaluation de leur acquisition. Beaucoup de professeurs proposent des QCM avec divers outils numériques, ce qui est pertinent dans ce cadre. Les obstacles sont généralement mal identifiés et mal décrits. Beaucoup de candidats se focalisent sur des calculs de quantité de matière et très peu évoquent la signification des coefficients stœchiométriques ou la différence entre transformation et réaction chimiques. Les questions sont parfois trop générales ou restent à l’état d’intention sans proposition concrète.

Q24. Le nombre d’oxydation de l’élément ruthénium dans le composé RuO2 est correct mais le raisonnement n’est pas clairement détaillé. La structure électronique est souvent fausse car les électrons 5s, étant les plus externes, sont retirés en premier pour former l’ion.

Q25. Les deux équations sont souvent correctement écrites même si beaucoup d’ions spectateurs ne sont pas éliminés de l’écriture finale. Les phases dans lesquelles se trouvent les réactifs ont posé de nombreux soucis aux candidats.

Q26. La structure cristallographique est correcte la plupart du temps mais les conditions de tangence et de non tangence sont souvent fausses ou incomplètes.

Q27. Peu de bonnes réponses sont proposées. Une justification quantitative est attendue et pas uniquement une comparaison des rayons.

Q28. La réponse est souvent une affirmation sans s’appuyer sur les réponses aux questions précédentes.

Q29. Lorsque les calculs d’enthalpie et d’entropie de réaction sont justes, l’interprétation de leur signe est très souvent erronée. Cependant, on note parfois dans certaines copies que ces grandeurs sont notées comme des variations d’enthalpie et d’entropie, soient ΔH° et ΔS°, à la place de ΔrH° et ΔrS°, ce qui représente une confusion grave à ce niveau. Le signe de l’entropie standard de réaction pose problème à nombre de candidats, qui n’imaginent pas qu’il était prévisible.

Q30. L’ajustement de l’équation révèle encore des difficultés liées à la gestion des espèces spectatrices et des phases dans lesquelles se trouvent les réactifs et produits : présence d’ions Cl^- des deux côtés de l’équation, HCl en solution noté HCl(aq) et CO32- en présence du côté des réactifs. Les calculs sont corrects, malgré des problèmes d’arrondis qui faussent l’évaluation du rendement final.

Q31. Le motif est souvent correct mais l’indice « n » ne doit pas figurer. La notion de tacticité est mal connue et rarement reliée à la stéréochimie, ce qui donne lieu à peu de bonnes réponses pour l’illustrer sur le polystyrène.

Q32. On note des erreurs sur la fonction active de la résine. Il ne faut pas oublier le proton sur la fonction réactive. Des équations laissent apparaître des espèces spectatrices. La nature de la liaison entre le groupe sulfonate et l’ion sodium pose problème à de nombreux candidats.

Q33. Peu de candidats sont capables de calculer les quantités ioniques d’ions calcium, Ca²⁺, et magnésium, Mg²⁺, au pH considéré pour comparer quantitativement la sélectivité de la précipitation. Souvent un calcul de solubilité est proposé sans tenir compte de la valeur du pH de la solution.

Q34. Les configurations doivent être justifiées précisément et de manière succincte par les règles Cahn- Ingold-Prelog. Certains candidats attribuent même un stéréodescripteur à la double liaison située à l’extrémité de la molécule dont un des atomes de carbone éthyléniques porte deux groupes méthyles.

Q35. La fonction aldéhyde est souvent identifiée mais la spectroscopie Infra-Rouge caractérise une liaison et non une fonction. Il ne faut pas non plus oublier les unités des nombres d’onde. Peu de candidats citent le pic autour de 2800 cm^-1 pour la liaison C-H.

Q36. Rares sont les candidats capables de trouver la bonne molécule (erreur sur la nomenclature), avec les trois stéréodescripteurs justes et justifiés.

Q37. Il ne faut pas oublier le dihydrogène dans les réactifs. Certaines chaises sont mal représentées : liaisons non parallèles et groupement mal positionnées par rapport au plan moyen. Dans la grande majorité des cas, les substituants encombrants sont bien mis en position équatoriale même si on voit souvent l’énantiomère représenté.

Q38. Le montage d’hydrodistillation est souvent confondu avec la distillation fractionnée ou l’entraînement à la vapeur. Il s’agit d’un montage de distillation simple sans colonne Vigreux. Peu de candidats proposent un système d’homogénéisation du mélange (agitation magnétique ou pierre ponce). Quelques réfrigérants sont inclinés vers le haut et non vers le bas permettant une réception certaine et sereine du distillat. Certains candidats positionnent à la place de la tête de colonne, un réfrigérant… comment espérer récupérer un distillat ? Beaucoup oublient également qu’on extrait généralement un hétéroazéotrope et que la température ne dépasse pas 200°C ! La synthèse totale organique leur apparaît moins énergivore que l’hydrodistillation.

Q39. Il faut justifier la relation stéréochimique entre les molécules. Le terme « diastéréoisomère » n’a pas l’air connu de tous, et lorsqu’il l’est, il est souvent donné sans justification.

Q40. Il serait bon que les candidats lisent la totalité des questions car lorsque certains donnent la bonne formule pour la molécule B, souvent ils oublient de préciser les fonctions. Le mécanisme est rarement correct : des oublis de flèches et des étapes (addition élimination) mal identifiées. Il faut faire attention aux conditions opératoires pour fournir un mécanisme cohérent. On note aussi des confusions avec la réaction d’estérification et l’activation de l’atome de carbone nucléophile et des étapes concertées ‘’inappropriées’’. La prototropie est généralement bien écrite.

Q41. Comme déjà mentionné précédemment pour l’IR, il est important de bien préciser la liaison et non la fonction. L’intensité de la bande liée à la variation du moment dipolaire est méconnue et la justification de la largeur de la bande OH par l’existence de liaisons hydrogène est rarement fournie.

Q42. La formule est souvent correcte mais le rôle de la présence de gaz en sous-produit est rarement évoqué pour expliquer le déplacement d’équilibre.

Q43. Peu de voies de synthèse cohérentes sont proposées.

Q44. Les propriétés du solvant pour la synthèse magnésienne sont souvent incomplètes. Si la qualité aprotique du tétrahydrofurane (THF) est souvent connue, beaucoup de candidats pensent qu’il est seulement

anhydre, ce que l’on espère pour un liquide acheté « pur ». Sa propriété de base de Lewis est rarement citée, encore moins sa capacité à stabiliser l’organomagnésien. La structure proposée est généralement juste.

Q45. Si beaucoup de candidats voient qu’il s’agit d’une réaction d’oxydation, les calculs des nombres d’oxydation sont souvent erronés, en particulier celui de l’atome de carbone fonctionnel, souvent égal à +I.

Cette erreur est certainement due à l’oubli des liaisons carbone-hydrogène en écriture topologique. La structure de la molécule F est juste.

Q46. Les réponses sont souvent imprécises. Le nom de la fonction formée au cours de la réaction est généralement méconnu, mais le reste est assez bien traité. Certains candidats perdent du temps à représenter le montage Dean-Stark alors que le dessin n’est pas demandé dans la question. On ne peut que rappeler aux candidats l’intérêt de lire avec attention l’énoncé.

Q47. Les candidats répondent peu à cette question mais dans ce cas, la structure est alors souvent juste.

Q48. La réaction de Wittig est souvent citée mais les conditions opératoires de la formation de l’ylure de phosphore sont généralement méconnues. La présence d’une base forte est indispensable dans ces conditions.

Q49. La structure représentée est souvent correcte.

Q50. La catalyse « hétérogène » est parfois citée. Mais on lit souvent des réponses incomplètes :

« hydrogénation catalytique » ou seulement « catalyse ». Par ailleurs, il fallait aussi justifier la nature de la catalyse par la présence du catalyseur et des réactifs dans des phases différentes.

Q51. Les candidats proposent en général de bonnes réponses.

Q52. Les réponses sont correctes le plus souvent, malgré quelques erreurs sur la chaîne carbonée.

Q53. Le nombre d’atomes de carbone asymétriques est souvent correct mais on note des erreurs sur le nombre de stéréoisomères.

Q54. Le nom de la technique est connu mais les solubilités à chaud et à froid du produit et des impuretés sont rarement données. Il est indispensable de préciser le montage à réaliser (montage à reflux) et ne pas se contenter de mentionner un simple chauffage.

Q55. Un certain nombre de candidats proposent des techniques générales sans tenir compte de l’état physique de la molécule.

4. Épreuves et programmes 2021

Épreuves écrites d'admissibilité

Ces épreuves sont envisagées au niveau le plus élevé et au sens le plus large du programme défini ci- dessous.

1. Composition sur la physique et le traitement automatisé de l’information (5 heures)

Cette épreuve porte sur :

a) les enseignements en relation avec la physique des programmes suivants appliqués à la rentrée scolaire de l'année d'inscription au concours :

- programme de sciences et technologie du cycle 3 et de physique-chimie du cycle 4 (BO spécial N°11 du 26 novembre 2015) ;

- programme de physique-chimie de seconde générale et technologique (BO spécial N°1 du 22 janvier 2019) ;

- programme d’enseignement scientifique de première générale (BO spécial N°1 du 22 janvier 2019) ; - programme d’enseignement de spécialité de physique-chimie de première générale (BO spécial N°1 du

22 janvier 2019) ;

- programme de physique-chimie et mathématiques de première STI2D (BO spécial N°1 du 22 janvier 2019) ;

- programme de physique-chimie et mathématiques de première STL (BO spécial N°1 du 22 janvier 2019) ; - programme de sciences physiques et chimiques en laboratoire de première STL (BO spécial N°1 du 22

janvier 2019) ;

- programme de physique-chimie pour la santé de première ST2S (BO spécial N°1 du 22 janvier 2019) ; - programme d’enseignement scientifique de terminale générale (BO spécial n°8 du 25 juillet 2019) ; - programme de physique-chimie de terminale générale (BO spécial n°8 du 25 juillet 2019) ;

- programme de sciences physiques, complément des sciences de l’ingénieur de terminale générale (BO spécial n°8 du 25 juillet 2019) ;

- programme de physique-chimie et mathématiques de terminale STI2D (BO spécial n°8 du 25 juillet 2019) ; - programme de physique-chimie et mathématiques de terminale STL (BO spécial n°8 du 25 juillet 2019) ; - programme de sciences physiques et chimiques en laboratoire de terminale STL (BO spécial n°8 du 25

juillet 2019) ;

- programme de chimie, biologie et physiopathologie humaines de terminale ST2S (BO spécial n°8 du 25 juillet 2019).

b) les enseignements de physique des programmes des classes préparatoires scientifiques aux grandes écoles : PCSI, MPSI, MP, PC, PSI, BCPST 1ère et 2ème année.

2. Composition sur la chimie et le traitement automatisé de l’information (5 heures)

Cette épreuve porte sur :

a) les enseignements en relation avec la chimie des programmes suivants appliqués à la rentrée scolaire de l'année d'inscription au concours :

- programme de sciences et technologie du cycle 3 et de physique-chimie du cycle 4 (BO spécial N°11 du 26 novembre 2015) ;

- programme de physique-chimie de seconde générale et technologique (BO spécial N°1 du 22 janvier 2019) ;

- programme d’enseignement scientifique de première générale (BO spécial N°1 du 22 janvier 2019) ; - programme d’enseignement de spécialité de physique-chimie de première générale (BO spécial N°1 du

22 janvier 2019) ;

- programme de physique-chimie et mathématiques de première STI2D (BO spécial N°1 du 22 janvier 2019) ;

- programme de physique-chimie et mathématiques de première STL (BO spécial N°1 du 22 janvier 2019) ; - programme de sciences physiques et chimiques en laboratoire de première STL (BO spécial N°1 du 22

janvier 2019) ;

- programme de physique-chimie pour la santé de première ST2S (BO spécial N°1 du 22 janvier 2019) ; - programme d’enseignement scientifique de terminale générale (BO spécial n°8 du 25 juillet 2019) ; - programme de physique-chimie de terminale générale (BO spécial n°8 du 25 juillet 2019) ;

- programme de sciences physiques, complément des sciences de l’ingénieur de terminale générale (BO spécial n°8 du 25 juillet 2019) ;

- programme de physique-chimie et mathématiques de terminale STI2D (BO spécial n°8 du 25 juillet 2019) ; - programme de physique-chimie et mathématiques de terminale STL (BO spécial n°8 du 25 juillet 2019) ; - programme de sciences physiques et chimiques en laboratoire de terminale STL (BO spécial n°8 du 25

juillet 2019) ;

- programme de chimie, biologie et physiopathologie humaines de terminale ST2S (BO spécial n°8 du 25 juillet 2019).

b) les enseignements de chimie des programmes des classes préparatoires scientifiques aux grandes écoles : PCSI, MPSI, MP, PC, PSI, BCPST 1ère et 2ème année.

Épreuves orales d'admission

Chacune des deux épreuves orales d'admission, l’une d’exposé et l’autre de montage, a lieu après quatre heures de préparation surveillée.

Le tirage au sort conduit le candidat à traiter :

- soit un exposé de physique et un montage de chimie ; - soit un exposé de chimie et un montage de physique.

Exposé consistant en une présentation d’un concept et son exploitation pédagogique (1h20)

Dans le cas d’un exposé de physique, le programme est celui de la première épreuve écrite d'admissibilité (composition sur la physique et le traitement automatisé de l'information). Dans le cas d’un exposé de chimie, le programme est celui de la seconde épreuve écrite d'admissibilité (composition sur la chimie et le traitement automatisé de l'information).

Structure de l’épreuve : l’épreuve est constituée d’un exposé par le candidat, d’une durée maximum de 50 minutes, et d’un entretien avec le jury, d’une durée maximum de 30 minutes.

L’exposé du candidat comporte deux parties successives, d’importance équivalente, qui lui permettent de mettre en valeur ses compétences professionnelles :

- une partie relative au concept scientifique du sujet proposé incluant un développement pédagogique et didactique relatif à son enseignement au collège ou au lycée ;

- une partie développée à un niveau post-baccalauréat d'une ou plusieurs notions relatives à ce concept.

L’ordre de présentation de ces deux parties est laissé au choix du candidat.

L’illustration expérimentale est naturellement possible dans chacune des parties.

Le candidat doit être en mesure d’apporter des éclaircissements sur l’ensemble des points abordés dans son exposé.

Partie relative au concept scientifique incluant un développement pédagogique et didactique

Dans cette partie, le candidat met en valeur son expertise scientifique, pédagogique et didactique en présentant sa vision d’ensemble du concept et un développement relatif à l’enseignement de ce concept au niveau du collège ou du lycée.

La présentation de la vision d'ensemble du concept permet de situer la thématique scientifique et d’en aborder divers aspects, du fondamental aux applications.

Concernant le développement relatif à l'enseignement de ce concept, une analyse des aspects scientifiques est attendue et une consigne complète le sujet en proposant au candidat deux axes possibles de traitement pédagogique ou didactique ; le candidat choisi un axe parmi les deux proposés.

Ces axes peuvent porter sur :

- les difficultés d’apprentissage liées au concept ; - la progressivité des apprentissages liés au concept ; - la place de la modélisation ;

- la différenciation ;

- la diversification et les stratégies d’apprentissage ; - l’évaluation ;

- la remédiation ;

- la construction de l‘autonomie ; - …

Le candidat s’appuie sur des éléments concrets relatifs à des situations d’enseignement.

Partie développée à un niveau post-baccalauréat relative au concept

Dans cette partie, le candidat met en valeur son expertise disciplinaire en développant, à un niveau post- baccalauréat, un ou plusieurs points de son choix relatifs au concept. .

Cette présentation permet au candidat d'attester de sa maitrise scientifique du concept et de sa capacité à en présenter ses aspects fondamentaux et appliqués.

L’entretien porte sur les deux parties ; il vise à la fois à compléter l’évaluation des qualités pédagogiques et didactiques, de la maîtrise des connaissances scientifiques et de la culture scientifique et technologique du candidat.

Montage et traitement informatisé de l'information (1h20)

Le niveau est celui des classes post-baccalauréat des lycées. Le candidat traite un sujet parmi deux sujets proposés.

Structure de l’épreuve : l’épreuve est constituée d’une présentation par le candidat, d’une durée maximum de 50 minutes, et d’un entretien avec le jury, d’une durée maximum de 30 minutes.

Au cours de l'épreuve, les candidats présentent, réalisent et exploitent qualitativement et quantitativement quelques expériences qui illustrent le sujet retenu.

Liste des sujets des exposés et des montages de physique et de chimie tirés au sort lors des épreuves orales a) Physique

Aux sujets communs aux épreuves d'exposé et de montage s'ajoutent des sujets spécifiques à chacune de ces épreuves.

Sujets communs aux épreuves d'exposé et de montage 1. Dynamique newtonienne

2. Ondes acoustiques

3. Spectrométrie optique, couleur 4. Vision et image

5. Propagation libre et guidée 6. Interférences

7. Diffraction 8. Oscillateurs

9. Champs magnétiques 10. Capteurs

11. Transferts thermiques 12. États de la matière 13. Grandeurs électriques 14. Fluides

15. Résonance

16. Signal analogique et signal numérique 17. Conversion de puissance

18. Temps – fréquence

19. Transferts quantiques d’énergie 20. Frottements

21. Transmission de l’information 22. Ondes stationnaires

Sujets d’exposé spécifiques

23e. Cohésion du noyau, stabilité, réactions nucléaires 24e. Gravitation et mouvements képlériens

25e. Énergie interne

26e. Rayonnement d’équilibre et corps noir 27e. Dualité onde – particule

28e. Référentiels géocentrique et terrestre Sujets de montage spécifiques

23m. Filtrage et analyse spectrale 24m. Amplification

25m. Couplages

26m. Régimes transitoires 27m. Induction

28m. Polarisation de la lumière

b) Chimie

Aux sujets communs aux épreuves d'exposé et de montage s'ajoutent des sujets spécifiques à chacune de ces épreuves.

Sujets communs aux épreuves d'exposé et de montage 1. Séparation

2. Liaisons

3. Caractérisations 4. Stéréoisomérie 5. Solvants 6. Solutions 7. Solubilité 8. Conductivité 9. Mélanges binaires

10. Proportions et stœchiométrie 11. Équilibre chimique

12. Évolution d'un système chimique

13. Conversion d'énergie lors des transformations chimiques 14. Oxydo-réduction

15. Dispositifs électrochimiques 16. Solides

17. Métaux 18. Acidité 19. Complexes 20. Polymères

21. Cinétique chimique 22. Catalyse

23. Mécanismes réactionnels 24. Électrophilie et nucléophilie 25. Couleur

26. Modification de groupes fonctionnels 27. Modification de chaîne carbonée Sujet d’exposé spécifique

28e. Classification périodique Sujet de montage spécifique 28m. Spectroscopies

5. Annexes

5.1. Proposition de solution de la composition de physique 2020

5.2. Proposition de solution de la composition de chimie 2020

Les sujets associés aux deux propositions de solutions qui suivent sont disponibles sur le site du ministère de l’Éducation nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche à l’adresse suivante : https://www.devenirenseignant.gouv.fr/cid148653/sujets-rapports-des-jurys-agregation-2020.html

Les solutions des épreuves écrites proposées en annexe visent uniquement à aider les futurs candidats à se préparer au concours de l’agrégation interne de physique-chimie. Elles constituent simplement une proposition. Concernant notamment les questions pédagogiques, d’autres approches sont possibles et ont été pleinement valorisées par le jury. Les solutions proposées n’ont donc aucune visée normative.

Proposition d’éléments de correction de la composition de physique

Les images

Partie I. Œil et microscope

1) L’œil : Récepteur ou source de lumière ?

QP1. Principales conceptions initiales que l’on peut rencontrer chez les élèves en classe de seconde générale

et technologique à propos de la vision humaine :

- l’image « voyageuse » : l’objet « émet » son image et cette dernière subit des modifications au cours de sa propagation et des systèmes optiques rencontrés. L’image est ainsi observable partout dans sa direction de propagation ;

- pour observer une image, il faut utiliser un écran. Sans écran, il n’est pas possible de voir l’image ; - si on forme l’image d’un objet sur un écran avec une lentille et qu’on retire la lentille, on continue à

voir une image. ;

- l'œil émet un rayon lumineux qui explore l'objet ; - le rayon lumineux est visible de n'importe où.

Pour faire émerger ces conceptions initiales, le professeur de physique-chimie pose des questions telles que : - à votre avis, quel est le mécanisme de la vision ?

- selon vous, pourquoi ne voit-on pas la nuit ? - peut-on voir un faisceau laser dans le vide ?

- …

Le professeur peut également recourir à des expériences simples qui déconstruisent ces conceptions : observer sur un écran une image formée à l'aide d'une lentille et retirer la lentille ou déplacer l'écran, observer une image formée à l'aide d'une lentille sans écran en se mettant en face, montrer que la poussière permet de visualiser les rayons lumineux…

QP2. On observe toujours l’image sur l’écran mais cette dernière est moins lumineuse. L’image n’est pas

altérée ni dans sa taille ni dans sa forme.

Dans le cours relatif à la notion « Image réelle d’un objet réel à travers une lentille mince convergente », le professeur utilise toujours les deux ou trois rayons lumineux aux propriétés spécifiques pour construire l’image d’un point objet à travers une lentille mince. Si le cache sur la lentille, intercepte ces rayons, l’élève peut croire que l’image du point considéré ne sera pas présente sur l’écran. Il est donc important de rajouter d'autres rayons.

Le professeur retire ensuite le cache. Il est possible de voir l’image sans écran, il suffit de mettre l’œil derrière l’image et d’accommoder sur cette dernière.

Cette manipulation permet de déconstruire l’adhérence écran-image.

QP3. La question posée par le professeur porte sur la différence entre une étoile et une planète en ce qui

concerne l’émission de lumière. Il existe bien d'autres différences qui ne relève pas du chapitre "signaux lumineux". Le contexte du chapitre est donc important.

L’élève a de grandes difficultés en vocabulaire, en grammaire et en orthographe. La logique de la phrase fait également défaut, néanmoins elle laisse à penser que l’élève a compris, ce qui atteste de l’importance pour le professeur de physique-chimie de prendre en charge ce type de problèmes. Du fait de ses difficultés liées à la maitrise de la langue, l’élève utilise des expressions imprécises d’un point de vue scientifique comme

« émettre de la chaleur ». La remédiation peut passer par un échange individuel avec l’élève ou un travail conjoint avec le professeur de français. Il est possible d'aider l'élève en s'aidant d'un dessin, en imposant des phrases courtes (sujet/verbe/complément), en conduisant un travail spécifique sur le vocabulaire.

Q4.

Le modèle de l’œil réduit est composé de trois éléments : - Un diaphragme (qui correspond à la pupille) ;

- Une lentille convergente (qui correspond au cristallin) ; - Un écran (qui correspond à la rétine de l’œil réel).

La distance cristallin-rétine est fixe.

Q5.

Vision d’un objet 𝐴

à l’infini sur l’axe optique ;

𝐴

→ 𝐹

(𝑓𝑜𝑦𝑒𝑟 𝑝𝑟𝑖𝑛𝑐𝑖𝑝𝑎𝑙 𝑖𝑚𝑎𝑔𝑒) Distance focale de l’œil réduit : 𝑓

= 𝐷 = 1,5 𝑐𝑚

Q6.

Objet 𝐴 situé au punctum proximum : 𝐴

→ 𝐴′

Relation de conjugaison : 1 𝑂𝐴′ − 1

𝑂𝐴 = 1

𝑓

𝑎𝑣𝑒𝑐 𝑂𝐴 = −25 𝑐𝑚 𝑒𝑡 𝑂𝐴

= 𝐷 𝑓

= 𝑂𝐴. 𝐷

𝑂𝐴 − 𝐷 = 1,4 𝑐𝑚

QP7. Un œil hypermétrope au repos donne d’un objet à l’infini une image située derrière la rétine. L’œil a

accommode alors afin de former l’image sur la rétine, il fait un effort musculaire pour contracter le cristallin.

Un œil hypermétrope n’est donc jamais au repos ce qui entraine une fatigue oculaire allant jusqu’à causer des maux de têtes.

Axe optique Rétine

(L)

𝐷 𝑂

𝐹′

𝐴

Rétine (L)

𝐷 𝑂

𝐹 𝐹′

𝐴 𝐵

𝐴′

𝐵′

Œil hypermétrope au repos

(L) Rétine

𝑂

𝐹′

𝐴

Accommodation Axe

optique Rétine

Cristallin (L)

𝐷 Distance fixe

Pupille

Œil normal :

Œil hypermétrope :

Le

lorsque l’œil n’accommode pas. Le punctum proximum de l’œil hypermétrope est plus éloigné de l’œil que celui d’un œil normal.

Q8.

Œil normal au repos regardant un objet ponctuel situé à la distance L de l'œil :

On note 𝑔 la taille de la tache sur le récepteur correspondant au point objet 𝐴 : tan 𝛼 = 𝑑

2𝐿 = 𝑔

2𝑓

⇒ 𝑔 = 𝑑𝑓

𝐿

On dit que l’image sur la rétine est nette si 𝑔 ≤ 𝑟 (taille de la cellule photosensible)

⇒ 𝐿 ≥ 𝑓

𝑑 𝑟 = 𝐿

Profondeur de champ de l’œil au repos : 𝑂𝐴 ∈ ]−∞; −𝐿

]

Lorsque 𝑑 diminue alors 𝐿

diminue aussi. La profondeur de champ de l’œil « augmente ». Plus la pupille de l’œil possède un diamètre faible, plus l’intervalle des positions des objets donnant des images nettes sur la rétine est étendu.

Q9.

Applications numériques :

𝑑 = 2 𝑚𝑚 ⇒ 𝐿

= 12 𝑚 𝑑 = 8 𝑚𝑚 ⇒ 𝐿

= 48 𝑚

Pour pouvoir voir net des objets situés dans une gamme de positions plus importante plutôt que de continuer à diaphragmer et à recevoir de moins en moins de lumière, l’œil accommode.

Q10.

On schématise la situation où l’œil est en accommodation maximale et regarde deux points objet 𝐴 et 𝐵 donnant deux images 𝐴′ et 𝐵′ stimulant deux cellules photosensibles voisines.

Rétine (L)

𝐷 𝑂

𝐹′

𝐴

Œil hypermétrope accommodant

Punctum proximum Punctum remotum

à l’infini

Rétine

𝑂 𝐹′

𝐿

𝑑/2

𝐷 = 𝑓

𝐴 𝛼 𝛼 𝑔 𝐴′

Punctum proximum Punctum remotum

virtuel